專利名稱：一種氧化鑭變質(zhì)劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鑭變質(zhì)劑的制備方法，屬鋁硅共晶、亞共晶合金變質(zhì)劑的制備及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁硅合金是小平面生長(zhǎng)物質(zhì)和非小平面物質(zhì)組成的合金，在鋁-硅合金鑄造得到的組織中，隨著硅含量的提高，組織中共晶體數(shù)量隨之增加，雖然鑄造性能得到改善，但組織中出現(xiàn)大量的針片狀共晶硅，甚至出現(xiàn)粗大的多角形板狀初晶硅，嚴(yán)重割裂了合金基體， 并在硅相尖端和棱角部位引起應(yīng)力集中，合金容易沿晶粒的邊界處或板狀硅本體開(kāi)裂而形成裂紋，對(duì)合金的性能是不利的，故鋁硅合金中硅含量超過(guò)6 8%時(shí)，必須通過(guò)變質(zhì)處理改變硅的形態(tài)，才能提高鋁硅共晶合金的性能；傳統(tǒng)的方法是采用鈉鹽作為變質(zhì)劑，雖然有一定效果，但保溫性能及抗衰退性很差，而且在變質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的氟化鋁氣體嚴(yán)重污染環(huán)境，危害工人健康。目前，這一領(lǐng)域的研究較少，雖然也有一些學(xué)者對(duì)變質(zhì)劑做了有益的探討，但仍然處于研究階段，還有待進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)的狀況，制備一種以稀土元素氧化鑭為基的變質(zhì)劑，通過(guò)配比、干燥、過(guò)篩、混合、焙燒，制成氧化鑭變質(zhì)劑，以使氧化鑭變質(zhì)劑在鋁硅合金中
得到更好的應(yīng)用。
技術(shù)方案
本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石、氮?dú)猓浣M合用量如下以克、厘米3為計(jì)量單位
氧化鑭=La2O3IOOg士0. Ig
氯化鈉=NaCl70g士0. Ig
氯化鉀=KCl70g士0. Ig
冰晶石=Na3AlF6IlOg士0. Ig
氮?dú)?N220000士50cm3
制備方法如下
(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料
對(duì)制備所需的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制
氧化鑭固態(tài)固體99. 5%
氯化鈉固態(tài)固體99. 5%
氯化鉀固態(tài)固體99. 5%
冰晶石固態(tài)固體99. 5%
氮?dú)鈿鈶B(tài)氣體 99.5%(2)清理焙燒爐①對(duì)制備使用的焙燒爐要進(jìn)行清理，用空氣壓縮機(jī)清除爐內(nèi)灰塵及有害氣物質(zhì)， 使?fàn)t內(nèi)潔凈；②氮?dú)鈨艋?，將氮?dú)夤苌烊氡簾隣t，輸入氮?dú)?，?duì)爐腔進(jìn)行凈化，氮?dú)廨斎胨俣?100cm7min，輸入時(shí)間20min，凈化后靜置20min ；(3)干燥處理稱取氧化鑭 IOOg士0. Ig稱取氯化鈉 70g士0. Ig稱取氯化鉀 70g士0. Ig稱取冰晶石 IlOg士0. Ig分別置于石英產(chǎn)物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥時(shí)間60min ；(4)研磨、過(guò)篩將干燥后的氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石分別用研磨機(jī)研磨，然后用400目篩網(wǎng)過(guò)篩；研磨、過(guò)篩反復(fù)進(jìn)行，成細(xì)粉，細(xì)粉顆粒直徑< 0. 038mm ；(5)配比、混合將氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石按10 7 7 11比值稱取氧化鑭IOOg士0.Ig氯化鈉70g士 0. Ig氯化鉀70g士 0. Ig冰晶石110g士0.Ig然后置于陶瓷容器中，進(jìn)行混合，用攪拌器攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)lOr/min，攪拌時(shí)間 30min，攪拌后成四元混合細(xì)粉；(6)焙燒①將盛有四元混合細(xì)粉的陶瓷容器置于經(jīng)氮?dú)鈨艋谋簾隣t中；②關(guān)閉焙燒爐，開(kāi)啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)為_(kāi)0.075MPa，然后關(guān)閉真
空泵；③開(kāi)啟氮?dú)忾y、氮?dú)馄?，向爐內(nèi)輸入氮?dú)?，氮?dú)廨斎胨俣?00cm3/min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在-0. 025Mpa ；④開(kāi)啟焙燒爐加熱器，爐溫溫度由25°C逐漸升至280°C 士2°C，在此溫度恒溫、保溫、焙燒 120min±5min ；⑤然后，關(guān)閉焙燒爐加熱器，使四元混合細(xì)粉隨爐自然冷卻至25°C ；⑥關(guān)閉氮?dú)馄浚Ｖ馆數(shù)獨(dú)?；⑦打開(kāi)焙燒爐，取出陶瓷容器及其內(nèi)的四元混合細(xì)粉，即為終產(chǎn)物氧化鑭變質(zhì)劑粉末；(7)檢測(cè)、化驗(yàn)、分析、表征對(duì)制備的氧化鑭變質(zhì)劑的形貌、色澤、純度、粒度、化學(xué)物理性能、力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，化驗(yàn)、分析和表征；
用BT-9300H型激光式粒度分布儀進(jìn)行氧化鑭變質(zhì)劑粒度分析；用D/max-2500型X射線衍射儀進(jìn)行組分及結(jié)構(gòu)分析；用JX-3D型金屬相圖測(cè)控裝置進(jìn)行步冷曲線分析；用PDA7000光電直讀光譜儀進(jìn)行雜質(zhì)化學(xué)成分分析；結(jié)論氧化鑭變質(zhì)劑為白色粉末，顆粒直徑< 0. 038mm,產(chǎn)物純度好，達(dá)99%，雜質(zhì)含量< 1 %，熔點(diǎn)范圍為635°C 780°C，在< 300°C范圍內(nèi)，化學(xué)物理性能穩(wěn)定，便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存、運(yùn)輸；(8)產(chǎn)物儲(chǔ)存對(duì)制備的氧化鑭變質(zhì)劑白色粉末儲(chǔ)存于無(wú)色透明的玻璃容器中，密閉保存于陰涼、干燥、潔凈環(huán)境，要防潮、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C 士2°C，相對(duì)濕度彡10%。有益效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對(duì)鋁硅共晶、亞共晶合金的應(yīng)用特性，而制備的稀土氧化鑭變質(zhì)劑，通過(guò)化學(xué)物質(zhì)配比，經(jīng)干燥、研磨、過(guò)篩、混合、氮?dú)獗Ｗo(hù)焙燒，制得氧化鑭變質(zhì)劑產(chǎn)物，此制備方法工藝先進(jìn)，數(shù)據(jù)詳實(shí)準(zhǔn)確，制備快捷，產(chǎn)物純度好，達(dá)99%，雜質(zhì)含量之和< 1 %，是鋁硅共晶、亞共晶合金優(yōu)良的變質(zhì)劑，是十分理想的制備氧化鑭變質(zhì)劑的方法。


圖1為氧化鑭變質(zhì)劑焙燒狀態(tài)2為氧化鑭變質(zhì)劑焙燒溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系3為氧化鑭變質(zhì)劑形貌4為氧化鑭變質(zhì)劑粉體粒度分布狀態(tài)5為氧化鑭變質(zhì)劑衍射強(qiáng)度圖譜圖6為氧化鑭變質(zhì)劑步冷曲線7為氧化鑭變質(zhì)劑雜質(zhì)含量化學(xué)成分表圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下1、微波焙燒爐，2、工作臺(tái)，3、爐蓋，4、出氣口，5、陶瓷容器，6、四元混合粉末，7、氮?dú)馄浚?、氮?dú)忾y，9、氮?dú)夤埽?0、真空泵，11、真空管，12、電控箱，13、顯示屏，14、指示燈，15、 電源開(kāi)關(guān)，16、真空泵開(kāi)關(guān)，17、加熱調(diào)控旋鈕，18、導(dǎo)線，19、氮?dú)猓?0、微波發(fā)生器，21、微波控制器，22、爐腔。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明圖1所示，為氧化鑭變質(zhì)劑焙燒狀態(tài)圖，各部位置、聯(lián)接關(guān)系要正確，按量配比，按需操作。制備使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以克、厘米3為計(jì)量單位，化學(xué)物質(zhì)中的氧化鑭可在15g 130g之間浮動(dòng)選擇，氯化鉀可在60g 150g之間浮動(dòng)選擇，氯化鈉可在50g 180g之間浮動(dòng)選擇，冰晶石可在60g OOg之間浮動(dòng)選擇，工業(yè)化制取時(shí)以千克、米3為計(jì)量單位。
氧化鑭變質(zhì)劑的焙燒是在微波焙燒爐中進(jìn)行的，微波焙燒爐1為矩形，上部為爐蓋3，在爐蓋3上設(shè)有出氣口 4，微波焙燒爐內(nèi)部為爐腔22，在爐腔22中間位置為工作臺(tái)2， 在工作臺(tái)2上置放陶瓷容器5，陶瓷容器5內(nèi)為四元混合細(xì)粉6，微波焙燒爐1外部為微波發(fā)生器20 ；在微波焙燒爐1的左外下部設(shè)有真空泵10，真空泵10通過(guò)真空管11聯(lián)接微波焙燒爐1內(nèi)的爐腔22，并抽取爐內(nèi)空氣；在微波焙燒爐1的左外部設(shè)有電控箱12，在電控箱12上設(shè)有顯示屏13、指示燈 14、電源開(kāi)關(guān)15、真空泵開(kāi)關(guān)16、加熱調(diào)控旋鈕17、微波控制器21 ；在微波焙燒爐1的右部設(shè)有氮?dú)馄?，氮?dú)馄?通過(guò)氮?dú)忾y8、氮?dú)夤?聯(lián)接微波焙燒爐1的爐腔22，并向微波焙燒爐1內(nèi)輸入氮?dú)?9 ；電控箱12通過(guò)導(dǎo)線18聯(lián)接微波焙燒爐1的微波發(fā)生器20、真空泵10。圖2所示，為氧化鑭變質(zhì)劑焙燒溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系圖，加熱溫度由25°C開(kāi)始升溫，即A點(diǎn)，以80C /min的速度升至280°C 士2°C，即B點(diǎn)，在此溫度恒溫保溫120min士5min， 即B-C區(qū)段，然后關(guān)閉微波加熱器，使其自然冷卻至25°C，即D點(diǎn)，溫度與時(shí)間成正比。圖3所示，為氧化鑭變質(zhì)劑形貌圖，氧化鑭變質(zhì)劑為白色粉末，呈不規(guī)則堆積，粉體顆粒直徑< 0. 038mm。圖4所示，為氧化鑭變質(zhì)劑粉體粒度分布圖，橫坐標(biāo)為粒度μ m，左縱坐標(biāo)為累計(jì)百分含量，對(duì)應(yīng)圖中曲線，右縱坐標(biāo)區(qū)間百分含量，對(duì)應(yīng)圖中分布圖。圖5所示，為氧化鑭變質(zhì)劑衍射強(qiáng)度圖譜，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角2Θ，圖中可知在氧化鑭變質(zhì)劑粉體中，氯化鉀對(duì)應(yīng)衍射角觀.345°、40.507 °、 58.640° ,66. 381°，氯化鈉對(duì)應(yīng)衍射角 31. 702 ° ,45. 446° ,56. 470° ,66. 224°，冰晶石對(duì)應(yīng)衍射角31. 772°、45. 525° ,66. 368°，氧化鑭對(duì)應(yīng)衍射角觀.036 °、39. 855°、 66.953°，其峰值強(qiáng)度與氧化鑭變質(zhì)劑中組分含量的多少、多峰的疊加相關(guān)，氯化鉀、氯化鈉對(duì)應(yīng)衍射主峰、次峰強(qiáng)度高，冰晶石第一衍射峰與氯化鈉主峰一致，兩者疊加強(qiáng)度高，其他次峰相較于主峰低，氧化鑭第一衍射峰與氯化鉀主峰一致，兩者疊加強(qiáng)度高，其他次峰強(qiáng)度不高，說(shuō)明經(jīng)充分混合焙燒后，氯化鉀、氯化鈉、冰晶石及氧化鑭都保持了原配組分的成分及結(jié)構(gòu)，物理化學(xué)性能穩(wěn)定。圖6所示，為氧化鑭變質(zhì)劑步冷曲線圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度，圖中可知，在氧化鑭變質(zhì)劑配比范圍內(nèi)，變質(zhì)劑熔點(diǎn)曲線a為635°C 685°C，曲線b為685°C 725曲線c為710V 740°C，均完全符合鋁硅合金變質(zhì)劑熔點(diǎn)要求。圖7所示，為氧化鑭變質(zhì)劑雜質(zhì)含量化學(xué)成分表，圖中可知，氧化鑭變質(zhì)劑化學(xué)成分中雜質(zhì)含量之和< 1%，完全能用于鋁硅亞共晶、共晶合金中，且不會(huì)給合金帶入有害雜質(zhì)成分。
權(quán)利要求
1.使用的化學(xué)物質(zhì)材料為氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石、氮?dú)猓浣M合用量如下 以克、厘米3為計(jì)量單位氧化鑭=Lei2O3 IOOg士0. Ig 氯化鈉NaCl 70g士0. Ig 氯化鉀KC1 70g士0. Ig 冰晶石=Nei3AIF6 IlOg士0. Ig 氮?dú)?20000 士 50cm3制備方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料對(duì)制備所需的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制 氧化鑭固態(tài)固體 99.5% 氯化鈉固態(tài)固體 99.5% 氯化鉀固態(tài)固體 99.5% 冰晶石固態(tài)固體 99.5% 氮?dú)鈿鈶B(tài)氣體 99.5%(2)清理焙燒爐①對(duì)制備使用的焙燒爐要進(jìn)行清理，用空氣壓縮機(jī)清除爐內(nèi)灰塵及有害氣物質(zhì)，使?fàn)t內(nèi)潔凈；②氮?dú)鈨艋瑢⒌獨(dú)夤苌烊氡簾隣t，輸入氮?dú)?，?duì)爐腔進(jìn)行凈化，氮?dú)廨斎胨俣菼OOcm3/ min，輸入時(shí)間20min，凈化后靜置20min ；(3)干燥處理稱取氧化鑭 IOOg士0. Ig 稱取氯化鈉 70g士0. Ig 稱取氯化鉀 70g士0. Ig 稱取冰晶石 IlOg士0. Ig分別置于石英產(chǎn)物舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度150°C 士2°C，真空度-0. 05MPa，干燥時(shí)間60min ；(4)研磨、過(guò)篩將干燥后的氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石分別用研磨機(jī)研磨，然后用400目篩網(wǎng)過(guò)篩；研磨、過(guò)篩反復(fù)進(jìn)行，成細(xì)粉，細(xì)粉顆粒直徑< 0. 038mm ；(5)配比、混合將氧化鑭、氯化鈉、氯化鉀、冰晶石按10 :7:7: 11比值稱取氧化鑭:100g士0. Ig氯化鈉:70g 士 0. Ig氯化鉀:70g士0. Ig冰晶石:110g士0. Ig然后置于陶瓷容器中，進(jìn)行混合，用攪拌器攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)lOr/min，攪拌時(shí)間30min， 攪拌后成四元混合細(xì)粉；(6)焙燒①將盛有四元混合細(xì)粉的陶瓷容器置于經(jīng)氮?dú)鈨艋谋簾隣t中；②關(guān)閉焙燒爐，開(kāi)啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)為-0.075MPa，然后關(guān)閉真空泵；③開(kāi)啟氮?dú)忾y、氮?dú)馄浚驙t內(nèi)輸入氮?dú)?，氮?dú)廨斎胨俣?00cm7min，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)恒定在-0. 025Mpa ；④開(kāi)啟焙燒爐加熱器，爐溫溫度由25°C逐漸升至280°C士2°C，在此溫度恒溫、保溫、焙燒 120min士5min ；⑤然后，關(guān)閉焙燒爐加熱器，使四元混合細(xì)粉隨爐自然冷卻至25°C；⑥關(guān)閉氮?dú)馄?，停止輸?shù)獨(dú)?；⑦打開(kāi)焙燒爐，取出陶瓷容器及其內(nèi)的四元混合細(xì)粉，即為終產(chǎn)物氧化鑭變質(zhì)劑粉末；(7)檢測(cè)、化驗(yàn)、分析、表征對(duì)制備的氧化鑭變質(zhì)劑的形貌、色澤、純度、粒度、化學(xué)物理性能、力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)， 化驗(yàn)、分析和表征；用BT-9300H型激光式粒度分布儀進(jìn)行氧化鑭變質(zhì)劑粒度分析； 用D/max-2500型X射線衍射儀進(jìn)行組分及結(jié)構(gòu)分析； 用JX-3D型金屬相圖測(cè)控裝置進(jìn)行步冷曲線分析； 用PDA7000光電直讀光譜儀進(jìn)行雜質(zhì)化學(xué)成分分析；結(jié)論氧化鑭變質(zhì)劑為白色粉末，顆粒直徑< 0. 038mm，產(chǎn)物純度好，達(dá)99%，雜質(zhì)含量之和< 1%，熔點(diǎn)范圍為635°C 780°C，在< 300°C范圍內(nèi)，化學(xué)物理性能穩(wěn)定，便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存、運(yùn)輸；(8)產(chǎn)物儲(chǔ)存對(duì)制備的氧化鑭變質(zhì)劑白色粉末儲(chǔ)存于無(wú)色透明的玻璃容器中，密閉保存于陰涼、干燥、潔凈環(huán)境，要防潮、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C 士2°C，相對(duì)濕度彡10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鑭變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于氧化鑭變質(zhì)劑的焙燒是在微波焙燒爐中進(jìn)行的，微波焙燒爐(1)為矩形，上部為爐蓋(3)，在爐蓋(3)上設(shè)有出氣口 G)，微波焙燒爐內(nèi)部為爐腔(22)，在爐腔02)中間位置為工作臺(tái)0)，在工作臺(tái)(2)上置放陶瓷容器(5)，陶瓷容器(5)內(nèi)為四元混合細(xì)粉(6)，微波焙燒爐外部為微波發(fā)生器(20)；在微波焙燒爐(1)的左外下部設(shè)有真空泵(10)，真空泵(10)通過(guò)真空管(11)聯(lián)接微波焙燒爐(1)的爐腔(22)，并抽取爐內(nèi)空氣；在微波焙燒爐(1)的左外部設(shè)有電控箱(12)，在電控箱(1 上設(shè)有顯示屏(13)、指示燈(14)、電源開(kāi)關(guān)(15)、真空泵開(kāi)關(guān)(16)、加熱調(diào)控旋鈕(17)、微波控制器(21)；在微波焙燒爐(1)的右部設(shè)有氮?dú)馄?7)、氮?dú)馄?7)通過(guò)氮?dú)忾y(8)、氮?dú)夤?9)聯(lián)接微波焙燒爐⑴的爐腔(22)，并向微波焙燒爐⑴內(nèi)輸入氮?dú)?19)；電控箱(12)通過(guò)導(dǎo)線(18)聯(lián)接微波焙燒爐⑴的微波發(fā)生器(20)，真空泵(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鑭變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于變質(zhì)劑焙燒溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系為加熱溫度由25 °C開(kāi)始升溫，即A點(diǎn)，以8°C /min的溫度升至 2800C 士2°C，即B點(diǎn)，在此溫度恒溫保溫120min士5min，即B-C區(qū)段，然后關(guān)閉微波加熱器， 停止升溫，使其隨爐自然冷卻至25°C，即D點(diǎn)，溫度與時(shí)間成正比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鑭變質(zhì)劑的制備方法，是針對(duì)鋁硅共晶、亞共晶合金的應(yīng)用特性，而制備的稀土氧化鑭變質(zhì)劑，通過(guò)嚴(yán)格的化學(xué)物質(zhì)配比，在氧化鑭中配入氯化鈉、氯化鉀、冰晶石，經(jīng)干燥、研磨、過(guò)篩、混合、氮?dú)獗Ｗo(hù)、微波加熱焙燒，制成氧化鑭變質(zhì)劑產(chǎn)物，此制備方法工藝先進(jìn)，工藝流程短，使用設(shè)備少，產(chǎn)物純度好，達(dá)99％，雜質(zhì)含量之和≤1％，是鋁硅共晶、亞共晶合金優(yōu)良的變質(zhì)劑，是十分理想的制備氧化鑭變質(zhì)劑的方法。
文檔編號(hào)C22C21/04GK102312115SQ20111028695
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉春蓮, 宋偉, 宋秀安, 宋鵬, 張蕾蕾 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)